关于两种亲缘关系密切的丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae pv. syringae）菌株在感染柑橘植物过程中毒力差异和宿主适应性的基因组学研究

《Physiological and Molecular Plant Pathology》：Genomic insights into virulence divergence and host adaptation in two closely related Pseudomonas syringae pv. syringae isolates infecting Citrus

　　

埃姆纳·阿卜杜拉蒂夫（Emna Abdellatif）、史蒂夫·贝延（Steve Baeyen）、约翰·范·瓦伦伯格（Johan van Vaerenberg）、莫妮卡·卡卢日纳（Monika Ka?u?na）、雅普·D·扬斯（Jaap D. Janse）、阿里·鲁马（Ali Rhouma）

突尼斯卡萨布兰卡大学国家农学研究所农业生物侵袭因子与综合保护实验室

摘要

Pseudomonas syringae pv. syringae是一种全球分布的植物病原体，其基因组具有高度可塑性，效应子库也极为多样，这些特性推动了其对宿主的适应性和致病性的变化。本研究对两个与柑橘相关的菌株进行了比较基因组分析：LMG 5496（来自希腊的Citrus sinensis，1962年分离）和EC33（来自突尼斯的Citrus limon，2014年分离），以阐明它们表型差异的遗传基础。LMG 5496的基因组大小为6.23 Mb（GC含量58.78%），EC33的基因组大小为5.98 Mb（GC含量58.97%），分别编码了5563个和5312个蛋白质编码序列，并显示出保守的功能和代谢特征。平均核苷酸同一性（ANI）为98.41%，系统基因组分析证实这两种菌株属于02b系统发育群内的一个密切相关的谱系，表明它们属于一个稳定但仍在进化的克隆谱系。

尽管存在这些总体上的保守性，但在关键的致病性相关因子中仍检测到了菌株间的差异。两种菌株共享一组16个高置信度的III型分泌效应子；然而，辅助致病性因子（包括PHI基相关基因和调控元件）则表现出差异。EC33携带了高致病性相关因子Q4ZSY4，而LMG 5496保留了无毒基因avrPph3，这表明它们在宿主-病原体相互作用方面存在差异。LMG 5496编码了一个与相关的生物合成基因（sylA），表明两种菌株在次级代谢产物的合成能力上存在差异，这一结果与先前的生物测定结果一致。

两种菌株的基因组都包含一个保守的铜抗性核心；然而，EC33携带了一种独特的铜解毒酶变体，这与之前报道的EC33在体外实验中具有更高的铜 MIC 值相符。

总体而言，本研究提供了一个综合的基因组框架，将多种与致病性相关的因子与柑橘相关P. syringae pv. syringae菌株的表型多样性联系起来。

引言

Citrus作物是全球最重要的经济作物之一，尤其是在地中海地区，包括突尼斯，它们不仅是农业生计的基础，也是出口收入的重要来源[1]。由于真菌和病毒威胁在柑橘生产中的普遍存在，细菌病原体在突尼斯果园中的认识一直较为有限。然而，细菌病原体是新植物病害出现的关键因素，这主要是由于它们的基因组能够适应生态、环境和农业变化[2,3]。

最近，柠檬和橙子上爆发的细菌性溃疡病和黑斑病被归因于Pseudomonas syringae pv. syringae，这突显了该地区一个此前被忽视的病害复合体的出现[[4], [5], [6], [7]]。

鉴于这些动态变化，高分辨率的基于基因组的调查对于揭示宿主特异性、致病性和抗性的决定因素至关重要，特别是在细菌对Citrus属及其他作物构成的日益增长的威胁以及它们所处的不断演变的农业生态系统中[14]。

在突尼斯的Citrus系统中，分子和系统发育研究表明，与细菌性溃疡病和黑斑病相关的P. syringae菌株属于PG02b和PG02g系统发育群；然而，它们表现出显著的遗传异质性，这突显了它们的适应潜力并使病害管理变得复杂[6]。除了传统管理策略外，最近的研究还探索了诸如植物源纳米颗粒和微生物生物控制剂等创新方法用于柑橘病害管理[[15], [16], [17]]。

本研究的主要目的是对这些菌株进行比较基因组分析，以识别与致病性、宿主特异性、噬菌体含量和铜抗性相关的遗传决定因素，并根据平均核苷酸同一性（ANI）将其置于更广泛的系统基因组背景下。

这是首次对突尼斯Citrus相关P. syringae菌株进行全面的基因组范围比较分析。本研究的新颖之处在于它综合解释了多个功能类别（包括T3效应子、PHI基致病基因、次级代谢产物合成簇、噬菌体和金属抗性系统）中的基因组变异，从而直接关联了辅助基因组变异与柑橘相关P. syringae菌株的表型多样性。

章节摘录

菌株与致病性测试

P. syringae pv. syringae EC33于2014年在突尼斯国家农学研究所的农业生物侵袭因子与综合害虫管理实验室从C. limon（cv. Eurêka）中分离出来[5]。EC33具有高度致病性，代表了2014-2015年突尼斯P. syringae pv. syringae Citrus菌株集合的代表。参考菌株LMG 5496由P. Panogopoulous于1962年在希腊C. sinensis中分离[24]。这两种菌株均保存在-80°C的无菌蒸馏水中

测序、从头组装和基因组注释

基因组分析显示，LMG 5496被组装成94个contigs（总长度6,236,193 bp；GC含量58.78%），而EC33由98个contigs组成（5,981,447 bp；GC含量58.97%）（表1）。两种菌株的组装质量相当，L50值为6，N50值分别为LMG 5496的318,510 bp和EC33的286,950 bp。两种菌组的基因组中均未检测到质粒。基于RASTtk的注释在LMG 5496中预测了5563个CDS、77个tRNA和7个rRNA基因，在EC33中预测了5312个CDS、71个tRNA和6个rRNA基因

讨论

P. syringae pv. syringae代表了一个遗传上动态的植物病原体谱系，其中保守的致病机制与高度可变的辅助基因组共存，这种辅助基因组塑造了宿主适应性和致病性的变化。与这一基因组框架一致，EC33和LMG 5496之间的高ANI值反映了它们之间的密切进化关系，支持将它们归类为02b系统发育群中的一个保守克隆谱系，这与之前关于突尼斯菌株的报告一致

资助

这些细菌菌株的测序工作得到了弗兰德斯农业研究所、渔业和食品（ILVO）以及植物科学部门的细菌学实验室的支持

CRediT作者贡献声明

埃姆纳·阿卜杜拉蒂夫（Emna Abdellatif）：概念构思、数据管理、正式分析、方法学、初稿撰写、审阅与编辑。史蒂夫·贝延（Steve Baeyen）：概念构思、数据管理、正式分析、方法学、软件开发、验证、可视化、审阅与编辑。约翰·范·瓦伦伯格（Johan van Vaerenberg）：概念构思、数据管理、研究、方法学、监督、验证、审阅与编辑。莫妮卡·卡卢日纳（Monika Ka?u?na）：概念构思、数据管理、正式分析、方法学

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